Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges und ein ein solches Verfahren verwendendes Bremssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges und ein ein solches Verfahren verwendendes Bremssystem, insbesondere ein Verfahren für ein Bremssystem eines Fahrzeuges mit Elektro- und/oder Hybrid- Elektroantrieb.

Stand der Technik

Aus dem Dokument DE 44 35 953 A1 ist ein Elektrofahrzeug mit einem hydraulischen Bremssystem bekannt, wobei das Elektrofahrzeug wenigstens einen Elektromotor für einen Antrieb wenigstens eines Rades aufweist, wobei der Elektromotor jedoch auch in einem Bremsbetrieb zum Bremsen des wenigstens einen Ra- des betrieben werden kann, und zwar zusätzlich und unterstützend zu einem hydraulischen Bremssystem, welches durch den Fahrer betätigt wird und welches, beispielsweise bei einem ABS- oder ESP-Fahrassistenzsystem, in modulierender Weise eine Bremskraft erzeugt. Wird eine durch den Elektromotor erzeugte Bremskraft nicht zusätzlich benötigt, da das hydraulische Bremssystem in einer bestimmten Fahrsituation ausreichend ist, dann ist der Elektromotor als Bremskrafterzeuger deaktiviert und wird als Generator verwendet, d.h. rotatorische Energie wenigstens eines Rades wird über den als Generator arbeitenden Elektromotor als elektrische Energie in einem entsprechenden Energiespeicher gespeichert. Dies wird als "regeneratives bzw. rekuperatives Bremsen" bezeichnet.

Offenbarung der Erfindung Die Erfindung schlägt unter einem ersten Aspekt gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges vor, wobei ein Bremseingriff an wenigstens einem Rad des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei eine Gesamtbremskraft für den Bremseingriff einerseits durch eine Hydraulikeinrichtung im Fahrzeug erzeugt wird, andererseits durch wenigstens einen dem einen Rad zugeordneten Elektromotor, welcher jederzeit unterstützend für die durch die Hydraulikeinrichtung erzeugte Bremskraft wirkt, wobei die Gesamtbremskraft sowohl durch eine Modulation einer durch die Hydraulikeinrichtung erzeugten Bremskraft als auch durch eine Modulation der durch den Elektromotor erzeugten Bremskraft an dem wenigs- tens einen Rad erzeugt wird, wobei sich die Bremskraft der Hydraulikeinrichtung und die Bremskraft des Elektromotors zu der Gesamtbremskraft addieren, und wobei ein Betrag der jeweiligen Bremskraft in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeuges von einer Steuerung gesteuert wird. Unter einem zweiten Aspekt gemäß Anspruch 7 schlägt die Erfindung ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit Elektro- und/oder Hybrid-Elektroantrieb vor, wobei das Bremssystem des Fahrzeuges nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Vorteile der Erfindung

Der Vorteil der vorgeschlagenen Verfahren ergibt sich daraus, dass einerseits eine Energiegewinnung durch den Generatorbetrieb (Rekuperation) in allen Fahrsituationen möglich ist, während gleichzeitig - unabhängig von der jeweiligen Fahrsitu- ation bzw. Bremssituation - eine Modulation der Gesamtbremskraft bzw. des Raddrehmomentes, welche sich aus der Addition von hydraulisch erzeugter Bremskraft und durch den wenigstens einen Elektromotor erzeugter Bremskraft ergibt, möglich ist. Da der Elektromotor in der Lage ist, relativ schnell, bezogen auf das hydraulische Bremssystem, Drehmomentänderungen durchzuführen, ist es möglich, schnell auf angeforderte Drehmomentänderungen (d.h. Bremseingriffe) zu reagieren. Weiterhin wirkt sich durch die unterstützende und ebenfalls modulierende (Brems-)Wirkung des Elektromotors das hydraulische Bremssystem, z.B. bei einem ABS-Bremseingriff des Bremssystems, weniger auf das vom Fahrer empfundene "Fahrgefühl" aus ("stotternde Bremse", hör- und fühlbare Bremseingriff-Wirkungen).

Weiterhin kann aufgrund der Kombination der hydraulischen und elektrischen Mo- dulation in jeder Brems-Situation relativ mehr Energie wiedergewonnen werden, d.h. eine höhere Rekuperation erzielt werden, nicht zuletzt, da während eines ABS-Bremseingriffes das hydraulische Bremssystem aktiv ist. Somit ist für Elektro- fahrzeuge eine höhere Reichweite erzielbar, da mehr elektrische Energie rekuperiert werden kann.

Da der Elektromotor ein relativ schnelles Ansprechverhalten aufweist, ergibt sich ein dynamischeres Fahrverhalten während eines ABS-Bremseingriffes mit kürzeren Bremswegen und geringerer Geräuschentwicklung aufgrund der unterstützenden Wirkung des Elektromotors für das Bremsverhalten.

Auch kann durch die unterstützende modulierende Brems-Wirkung des Elektromotors die hydraulische Einheit einfacher ausgebildet sein und eine kleinere hydraulische Pumpe verwendet werden. Weiterhin können die an den Rädern angeordneten Reibungsbremsen kleiner dimensioniert und auf eine kürzere Lebensdauer ausgelegt werden.

ABS- bzw. ESP-Bremseingriffe werden vom Fahrer durch die unterstützende modulierende Brems-Wirkung des Elektromotors als gleichmäßiger bzw. "sanfter" wahrgenommen, da der Elektromotor, wie oben schon erwähnt, aufgrund des relativ schnellen Ansprechverhaltens ein höheres dynamischeres und genaueres Verhalten aufweist.

Weiterhin wird bevorzugt, dass bei Nicht-Betreiben des wenigstens einen Elektro- motors zur Erzeugung einer Bremskraft eine rotatorische Energie des mit dem Elektromotor gekoppelten Rades zur Speicherung in einem elektrischen Energiespeicher im Fahrzeug verwendet wird. Dadurch kann, wie oben schon erwähnt, rotatorische Energie in elektrische Energie rekuperiert werden, um diese dann zur Erhöhung der Reichweite des Elektrofahrzeuges in einem entsprechenden Energiespeicher (z.B. Batteriepack) zu speichern.

Vorzugsweise wird durch die Steuerung ein vorbestimmter Rad-Drehmoment- Schwellenwert (d.h. geforderter Bremskraftwert) vorgegeben, bis zu welchem eine durch den Elektromotor erzeugte Bremskraft für den Fall eines geforderten

Bremseingriffs in modulierender Weise aktiv ist, während bei Nicht-Aktivität des die Bremskraft bereitstellenden Elektromotors Energie durch den Elektromotor in der Art eines Generators in elektrischer Form gespeichert wird. Hierdurch kann beispielsweise die hydraulische Bremseinrichtung bei Vorliegen entsprechender Bedingungen zeitweise vollständig deaktiviert werden.

Vorteilhafterweise wird bei einem Überschreiten des vorbestimmten Rad- Drehmoment-Schwellenwertes eine Bremskraft einschließlich einer Modulation dieser Bremskraft im Wesentlichen durch die Hydraulikeinrichtung erzeugt. Hierdurch wird eine Bremskraft (d.h. Rad-Drehmoment) hauptsächlich durch die effektivere Hydraulik-Bremseinrichtung erzeugt.

Weiterhin wird bevorzugt, dass die erzeugte Gesamtbremskraft in Verbindung mit einem Fahrzeug-Assistenzsystem zur Stabilisierung eines Fahrverhaltens des Fahrzeuges verwendet wird, und zwar in Verbindung mit ABS und/oder ESP und/oder ASR und/oder ACC und/oder SBC. Hierbei ist von Vorteil, dass für die entsprechenden Assistenzsysteme die Eigenschaften eines Elektromotors zur Bremskraft-Erzeugung genutzt werden können, so dass diese Assistenzsysteme entsprechend kleiner und kostengünstiger dimensioniert werden können und unter Umständen vollständig entfallen können.

Vorzugsweise umfasst die Steuerung einen Tiefpassfilter bzw. eine entsprechend geeignete Filtereinrichtung, wobei niederfrequente Änderungen einer Aktivierung des hydraulischen Bremssystems und hochfrequente Änderungen einer Aktivierung des elektrischen Systems zugeordnet sind. Beispielsweise kann ein vorbestimmbarer Frequenz-Schwellenwert dem hydraulischen Bremssystem zugeordnet sein, so dass bei einem Wert oberhalb des Tiefpass-Schwellenwertes die Hydrau- likeinrichtung deaktiviert wird und der wenigstens eine Elektromotor eine modulierte Bremskraft erzeugt, und zwar in Abhängigkeit der jeweiligen Fahrsituation des Fahrzeuges. Auch hierbei ist von Vorteil, dass das hydraulische Bremssystem, welches eher für niedrig-frequente Änderungen geeignet ist, deaktiviert werden kann und lediglich der Elektromotor die Funktion der Bremskrafterzeugung übernimmt. D.h., bei hochfrequenten Anteilen ist die Hydraulikeinrichtung deaktiviert, und der Elektromotor übernimmt die Modulation. Der Vorteil bei einer elektrischen Modulation ist eine relativ niedrige Geräuschentwicklung. Bei niederfrequenten Anteilen ist die Hydraulikeinrichtung aktiv, d.h. moduliert, wobei dann der Elektro- motor maximal rekuperieren kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren erläutert, wobei:

Figuren 1 a und 1 b jeweils eine zeitlich abhängige Auftragung von modulierter

Gesamtbremskraft als Addition von elektrisch erzeugter Bremskraft und hydraulisch erzeugter Bremskraft nach dem Stand der Technik zeigen;

Figuren 1 c und 1 d jeweils eine zeitlich abhängige Auftragung von modulierter

Gesamtbremskraft als Addition von elektrisch erzeugter Bremskraft und hydraulisch erzeugter Bremskraft nach einem weiteren Stand der Technik zeigen;

Figuren 1 e und 1f jeweils eine zeitlich abhängige Auftragung von modulierter

Gesamtbremskraft als Addition von elektrisch erzeugter Bremskraft und hydraulisch erzeugter Bremskraft nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigen; und

Figur 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ausführungsformen der Erfindung Figuren 1 a und 1 b zeigen zur besseren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik jeweils ein Diagramm eines herkömmlichen Verfahrens, wobei in den Diagrammen jeweils auf einer Y-Achse 10 ein Rad-Drehmoment bzw. eine Bremskraft im zeitlichen Verlauf, angedeutet jeweils durch eine X-Achse 20, dargestellt sind.

Allgemein zeigen die Diagramme der Figuren 1 b, 1 d, 1f (untere Reihe) Fahrsituationen mit relativ geringem gefordertem Rad-Drehmoment, im Vergleich zu den Diagrammen der Figurenl a, 1 c, 1 e (obere Reihe), wo jeweils ein relativ höheres Rad-Drehmoment gefordert wird, d.h. beispielsweise durch den Fahrer des Fahr- zeuges durch Betätigung des Bremspedales.

In allen Figuren 1 a bis 1f ist ein Schwellenwert 30 eingetragen, welcher die maximale durch einen Elektromotor erzeugte Bremskraft angibt. Ausgehend von dem in Figur 1 a dargestellten Diagramm, wird eine "Standardsituation" gezeigt, d.h. die geforderte Bremskraft wird einerseits hydraulisch erzeugt, was durch den Bereich 40 angedeutet ist, andererseits durch einen Elektromotor, was durch den schraffierten Bereich 60 angedeutet ist, wobei die vom Elektromotor erzeugte Bremskraft kontinuierlich "am Anschlag", d.h. bis zu dem Schwellen- wert 30, verläuft.

Wie an dem Diagramm in Figur 1 a zu erkennen ist, ist die hydraulisch erzeugte Bremskraft (Bereich 40) moduliert, beispielsweise durch einen ABS-Bremseingriff, was in Figur 1 a durch die "modulierte" Kurve 50 angedeutet ist.

Das in Figur 1 b dargestellte Diagramm zeigt, wie oben bereits erwähnt, eine Fahrsituation mit relativ geringer geforderter Bremskraft (d.h. geringes "μ"), wobei der Anteil der vom Elektromotor erzeugten Bremskraft an der Gesamtbremskraft, wel- che sich aus der Addition aus hydraulisch und elektrisch erzeugter Bremskraft ergibt, kontinuierlich relativ gering ist (schraffierter Bereich 60 in Figur 1 b), und die Modulation (angedeutet durch Kurve 50) der Gesamtbremskraft durch die hydraulisch erzeugte Bremskraft (Bereich 40) erzeugt wird.

Kennzeichnend für das in den Diagrammen der Figuren 1 a und 1 b dargestellte herkömmliche Verfahren ist, dass der Elektromotor nicht zur Modulation der Gesamtbremskraft beiträgt. Die in den Figuren 1 c und 1 d dargestellten Diagramme zeigen ebenfalls ein Verfahren nach dem Stand der Technik (beschrieben in dem Dokument DE 44 35 953 A1 ), und zwar - zum besseren Vergleich - für die gleiche in Bezug auf Figuren 1 a und 1 b beschriebene Fahrsituation. Der Unterschied dieses herkömmlichen Verfahrens im Vergleich zu dem mit Bezug auf Figuren 1 a und 1 b beschriebenen Verfahren ist der, dass nunmehr auch die vom Elektromotor erzeugte Bremskraft "moduliert" ist, was in den Figuren 1 c und 1 d jeweils mit einer Kurve 70 angedeutet ist, und zwar aufgrund der hydraulischen Modulation (Kurve 50).

Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass, sofern verwendet, gleiche zuvor verwendete Bezugszeichen gleiche Komponenten/Bereiche/Größen in folgenden Figuren bzw. Diagrammen bedeuten sollen, auch wenn diese der Einfachheit halber nicht noch mal explizit erläutert werden.

Aus dem oben erwähnten Unterschied folgt, dass sich, mit Bezug auf das in Figur 1 c gezeigte Diagramm, ein punktierter Bereich 80 zwischen der Kurve 70 und dem Schwellenwert 30 ergibt, in welchem der Elektromotor bzw. in diesem Falle Generator keine rotatorische Energie rekuperieren kann, und somit in elektrische Ener- gie umgewandelt und gespeichert werden kann.

Ein weiterer Unterschied hinsichtlich der in den Figuren 1 a und 1 b gezeigten Diagrammen wird mit Bezug auf Figur 1 d ersichtlich, wo bei geringer geforderter Bremskraft (geringes "μ") lediglich mit der vom Elektromotor erzeugten und modulierten Bremskraft (schraffierter Bereich 60, Kurve 70) gebremst wird.

Die in den Figuren 1 e und 1f dargestellten Diagramme sollen dazu dienen, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erläutern.

Im Unterschied zu den in den Figuren 1 c und 1 d dargestellten Diagrammen eines herkömmlichen Verfahrens ist in Figur 1 e der punktierte Bereich 80 kleiner als der in dem in Figur 1 c gezeigten Diagramm, was bedeutet, dass mehr Energie durch den Elektromotor/Generator rekuperiert werden kann, da die Modulation (Kurve 50) abschnittsweise (Abschnitte I und II in Figur 1 e) durch das hydraulische Bremssystem "übernommen" wird, was durch eine (hier nicht dargestellte) Steuerung gesteuert wird. Das in Figur 1f gezeigte Diagramm ist analog zu dem in Figur 1 d gezeigten Diagramm.

Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung, wobei sich das Flussdiagramm aus drei Teilen A, B, C zusammensetzt.

In Teil A des Flussdiagramms in Figur 2 werden in einem Schritt 100 die elektrisch und hydraulisch erzeugten Brems-Drehmomente T _em und T _hfb addiert. Die Summe daraus wird in einem Schritt 1 10 zu einem vorbestimmten Soll-Brems- Drehmoment Ttarget hinzuaddiert, was als Ergebnis ΔΤ ergibt. In einem Schritt 120 findet eine Abfrage statt, ob der Elektromotor in der Lage ist, ΔΤ zu erzeugen. Bei "Nein" verzweigt das Verfahren zu Schritt 130, wo AT _em auf das Maximum von ATem, max gesetzt wird und AThfb auf die Differenz von ΔΤ und AT _em ,max, d.h.

Bei "Ja" verzweigt das Verfahren zu Schritt 140, d.h. AT _em =AT und AT _hfb =0, d.h. vollständige Änderungen können durch den Elektromotor durch- geführt werden.

In Teil B des Flussdiagramms werden die Summe aus T _em und T _hfb sowie die Soll- Größe Target in einem Speicher 150 abgelegt, und in einem Schritt 160 tiefpassge- filtert, d.h. es werden nur Frequenzanteile der abgelegten Werte durchgelassen, die von einem vorbestimmten Tiefpassfilter durchgelassen werden: ΔΤ| _Ρ (lp=low pass). In einem Schritt 170 wird wiederum abgefragt, ob das hydraulische System in der Lage ist, AT _S | ₀ w zu erzeugen, wobei sich "slow" auf die in den Figuren 1 b, 1 d, 1f dargestellte Fahrsituation bezieht. Diese Abfrage in Schritt 170 wird durchgeführt, da das hydraulische System für niederfrequente Anteile aktiv ist. Mit anderen Worten, wenn eine Frequenz niedrig ist und das hydraulische System aktivierbar ist, führt das hydraulische System die Modulation durch und es wird über den Elektromotor/Generator maximal rekuperiert (Abschnitte I und II in Figur 1 e).

Bei "Nein" verzweigt das Verfahren zu Schritt 180, d.h. AT _S | ₀ w = 0. Bei "Ja" verzweigt das Verfahren zu Schritt 190, d.h. AT _S | ₀ w = ΔΤι _ρ .

Die in den Teilen A und B gesetzten Bedingungen (Schritte 130, 140, 180, 190) fließen (angedeutet durch die Pfeile D, E) in den Teil C des Flussdiagramms ein, wo sich aus Schritten 200, 210 AT _em und AT _hfb als Ergebnisse ergeben, die von einer Steuerung (nicht dargestellt) an das Bremssystem zur Umsetzung weiterge- geben werden.

Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Dimensionen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.